专利名称：用于电池充电器并联运行的电路布置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于电池充电器并联运行的电路布置，该电池充电器各自
被设计为用于相应的预定充电电力并由交流干线电源(mains supply)馈送，其中，各个电池充电器包含直流输出端子的相应的对，用于连接到将
被充电的电池，在输出端子对之间，脉沖直流电压的重复序列可被测量，其中，序列中的脉冲与馈送交流的脉冲对应地发生，脉冲直流电压的峰值高于将被充电的电池的标称端子电压。
背景技术：
对于运行更高数量电池的用户，由于对使用这样的电池充电器的需要而产生困难该电池充电器被设计为对与所用电池的电荷存储容量一致的所需电力进4亍充电。电池充电器制造者出售具有不同电力额定值的电池充电器类型。在用户方，所需总体充电电力常常变化，不存在如何通过可用电池充电器的并联连接来增大可用充电电力的实际方案，或者，这种方案具有几种限制。
合并几个个体充电器的电力中的这些困难的原因可被容易地理解，这是因为传统的电池充电器被设计为直流电压发生器，其中，端子电压随负载在狭窄范围内变化。可从电池充电器获得的电力基本上由电池充电器标称输出电压和充电下的电池的实际端子电压之间的电压差决定。如果电池电压高于充电器电路的标称输出电压，则充电电流可迅速减小，在相反的情况下，充电电流将迅速增大。
例如，如果对于电池的充电需要10kW的电力，且该电力被提供给分别具有5kW、 3kW、 2kW额定电力的三个充电器的并联连接，则必须保证所有并联连接的充电器的电压-电流曲线是相同的。如果任何充电器过载并且不能供给成比例地向其分配的电流，则其他充电器也将过载，并将停止其运行或被损坏。
如果适当的检查和控制电路被附加地使用的话，具有电压发生器设计的电池充电器仅能以临时方式并联连接，这种特性对充电器的灵活使用施加了严重的限制，由于需要复杂的控制，投资成本将会较高。
在美国专利7,135,836中，介绍了对于上面介绍的类型的电池充电器并联连接的实例，其中，使用主控制单元来检查相应的充电器全部才艮据测得的充电参数受到主控制电路的调节。在此电路布置中，所用的充电器电路全部具有相同的额定电力和设计，充电器的输出端子仅仅对于由控制限定
的时间段通过受控开关并联连接，而不是如基于对其并联运行的介绍人们可能期望的那样以永久的方式。
其他的电池充电器电路是已知的，其具有不能被看作属于电压发生器类充电器的内部i殳计。在国际公开WO 01/06614中所介绍的电池充电器电路中，瞬间充电电压由充电的电容器和^皮激励的电感的能量的矢量和提供。此通电电感通过干线变压器(mains transformer )的副方绕组实现。电路使用交流干线电压的两个半周期，并提供具有高输出电流的特定的充电过程。输出电压的一个分量由一个或一个以上的电容的电压构成的事实j吏得充电过程灵活，因为将被充电的电池的任何可能的短路不能损害电路的运行，电池的端子电压可以以合适的方式控制充电过程。
类似的进一步的电池充电器电路已经在我们的三个一并待准的专利申请"Battery charger circuit" 、 "Battery charger operated from a three-phasemains" 、 "Battery charging circuit for charging two batteries"中介绍。这些充电电路类似于此公开的设计，因为与其充电电流路径线相串联，其包含一个或更多的具有预定电荷的电解电容器和适当激励的电感，优选为变压器的副方绕组和至少一个二极管。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于电池充电器电路并联连接的电路布置，其中，相应的充电器电路冲艮据其特定的额定电力对充电过程产生贡献，且其中，将不会发生上面提到的来自充电器电路并联连接的问题。
为了实现此目标，我们已经认识到，上面介绍的传统电池充电器的问题与这种充电器作为电压发生器的设计相关联且因此它们不能完全消除。根据本发明，我们已经认识到，在主充电电路中包含电解电容器与电感的电池充电器的情况下，输出电压的值可仅仅控制充电过程，而不会以根据电压发生器原理构建电池充电器的情况下那样的程度限制此过程。在前一种设计的电池充电器中，即在包含与电感串联的电容器的设计中，处于充电之下的电池的电压在短暂的充电时间段内将输出电压保持为恒定，因此，到这种限度，可在电感上(即在变压器的副方绕组上)测量的电压增大，充电电容器上的电压将减小，而充电电流的限度将会由电容器的电荷损耗以及电感的变换能量的组合效应决定。
前面提到的设计的电池充电器因此将会在其相关联的充电周期内在电池中"泵入"其充电能量。在充电周期内，电池可4皮看作线性装置，其中，
电池电压在交流干线电源的整个或半周期内(例如在20ms或10ms内)不能改变。并联连接的电池充电器的相应的充电电流将会彼此叠加(如果其相应的充电周期彼此覆盖或重叠的话)，因此，这些电池充电器将彼此独立地运行。
有鉴于此，通过使用前面介绍的特性，本发明已经为电池充电器的并联连接提供了 一种电路布置，该电池充电器各自被设计为用于相应的预定充电电力并由交流干线电源馈送，其中，各个电池充电器包含直流电流输出的相应的端子对，用于连接到将被充电的电池，在输出端子对之间，脉冲直流电压的重复序列可被测量，其中，序列中的脉冲与馈送交流的脉沖对应地发生，脉冲直流电压的峰值高于将被充电的电池的标称端子电压，根据本发明，各个电池充电器包含与以充电电流流动方向解释的电流路径串联的至少一个具有高电容值的电解电容器、电感、在充电电流流动方向断开的至少一个半导体装置，电池充电器的输出端子彼此并联连接，对于各个电池充电器，相应的充电周期中，电解电容器和电感上的瞬时电压的矢量和至少对于由将被充电的电池的实际电压限定的充电周期的持续时间达到电池的瞬时端子电压，在此充电周期中或在其一部分中，特定电池充电器中的电解电容器的放电电流流入将被充电的电池。
供电的最简单的方式由干线(mains line)发生。例如，在车辆中，不同的供电可以通过将车辆中的已有AC发生器用于需要的供电。
由干线负载分配和平滑充电的观点来看，如果电池充电器由多相干线电源的不同相线馈送是优选的。
实际电池充电任务可以在用户处以较为容易的方式解决，如果用户具有这样的电池充电器的话其具有不同的标称充电电力，可才艮据实际充电电力需求互连。
可以进行互连，使得并联连接的电池充电器的数量被选择为产生这些电池充电器的标称充电电力总和与对电池充电所需的充电电力之间的平衡，其中，电力总和应当高于所需要的充电电力或至少与"M目等。
当交流干线电源的频率在50/60Hz左右时，如果各个电解电容器的电容高于100nF并优选为可达到几千iLiF，电容器中存储的能量将会是足够的。采用增大的频率，最小电容可成比例地减小。
如果电池充电器包含具有类似的高电容值的至少一个进一步的电解电容器以及将所述至少一个进一步的电解电容器与第一电解电容器并联连接的受控半导体开关，可进行适当的电容的选择。
由这样的电池充电器电路实现的充电过程独立于这些充电器祐:供电的方式，且不同的各个并联电池充电器由以不同频率运行的不同交流干线电源馈送也是可能的。通过这样的方案，例如由干线供电的电池充电器可与由本地电动机驱动的发电机供给的另 一电池充电器并联连接，如果所需要的充电能量高于可从可用干线取出的电力，此第二电池充电器可,皮切换到运行。
现在将结合其优选实施例对本发明进行介绍，在介绍中，将参照附图。
在附图中
图l示出了并联连接的几个电池充电器的原理电路图； 图2示出了不同充电版本特有的时间曲线。
具体实施例方式
图1示出了 n个分立电池充电器Chl、 Ch2、 Ch3……Chn，其各自在 内部被设计为如例如上面提到的国际公开WO 01/06614的图7所示，充电 器在交流干线电压的各个周期中向被充电的电池产生相应的连续充电脉冲 对。为了更好地形象化，电池充电器Chl、 Ch2、 Ch3……Chn已经通过 布置在其主充电电路中的部件原理性地示出，即通过具有高电容值(例如 超过100jiiF)的电解电容器C1、 C2、 C3……Cn，通过串联电感L1、 L2、
L3、……Ln，通过由充电电流全部前向偏置的二极管Dl、 D2、 D3.......
Dn。例如，如果将电池充电器Chl与上面提到的公开的图7所示的电路相 比较，则当前的图1的电容器C1对应于图7的结果得到的串联电容器C1 或C2，电感Ll对应于其电压由所变换能量产生的变压器Tr的副方绕组 的电感。二极管D1是以Graetz电路连接的桥中的前向偏置的二极管。通 常，两个电解电容器和两个二极管与电感并联连接，但为了更好的形象化， 这些元件已经由图中的一个部件表示。
图1示出，电池充电器Chl、 Ch2、 Ch3……Chn的输出简单地彼此 并联连接并直接耦合到将被充电的电池B。
此并联连接可没有任何困难地实现，且不会出现结合被设计为电池发 生器的电池充电器详细介绍的问题。运行结合图2的时间曲线介绍。
尽管如所51用的公开详细介绍的那样，上面提到的电池充电器各自产 生随时间变化的电流脉冲，其中，脉沖的形状和强度依赖于将被充电的电 池B的端子电压Ub，图2的时间曲线显示出简化的电流脉冲而不是确切 的波形，因为对于理解本发明来说，没有必要确切获知实际的曲线。
图2的图a显示出被变换到电池充电器Chl的电感Ll的整流干线电 压的波形，其中^f吏用了全波整流。在干线具有50Hz频率的情况下，整个周期(两个半周期)持续20ms。如果电池充电器Chl的电压适当地受到 调节，当整流干线电压高于阈值水平Uth时，电池充电器Chl传送充电电 流脉冲。电池充电器Chl的输出电流脉沖在图2的图b中被示为脉沖II。 假设在第一电池充电器Chl具有较小的电力时第二电池充电器Ch2产生其 自己的输出电流脉冲，因此，由此产生的脉冲12具有与脉冲II相比较小 的强度。在干线电压的所选择的周期中，这些脉冲将出现两次，其宽度(持 续时间)小于半周期的持续时间。
在20ms的所选择的短暂周期内，电池B的端子电压Ub不能改变(因 为与该周期时间相比，电池B的充电过程是非常慢的过程，其可花费甚至 几个小时)，另外，部分充电的电池B是线性元件，这意味着其可接收无 限量的充电电流(在给定范围内)，因此，电池充电器Chl、 Ch2的电流 脉冲Il、 12将同样地流向电池B (对之进行充电)，如同它们对电池单独 充电一样，也就是说，如同不存在另一电池充电器一样。图2的图c显示 出对电池B充电的电流I，其为1=11+12，因此，可以理解，各个电池充电 器Chl、 Ch2向电池供给其自己的额定电力。如果进一步的电池充电器 Ch3……Chn与第一以及第二电池充电器Chl与Ch2的并联组合并联连 接，获得同样的线性增加。
在使用具有电压发生器型设计的电池充电器的情况下，问题在于，在 电感L1和L2上出现的电压UL1与UL2不同，因此，均衡化电流开始在 它们之间流动，或者，仅仅具有较高电压的源可用于充电，另一电池充电 器(具有较小电压)不工作。在本发明的情况下，通过电解电容器Cl与 C2的存在，自动保证电压平衡。这些电容器C1、 C2上的电压以这样的方 式变化公式UCl+ULl=Ub=UC2+UL2总是保持成立。在该公式中，二 极管的前向偏置电压UD1 (典型地为0.3-0.5V,在两个串联连接的二极管 的情况下翻倍)没有计入，但在准确计算的情况下，应当将此考虑在内。 鉴于在充电过程的开始时刻电容器Cl已经被充电(其初始电荷由充电电 路在充电脉冲之间的时间中提供)，其中存储的能量被添加到充电脉沖Il 的能量。系统的一般7>式将为UC1+UL1=UC2+UL2=UC3+UL3=……=UCn+ULn
如果电池充电器Chl、 Ch2、 Ch3从由三相干线电源的相应相馈送的 交流干线电压线供电的话，充电过程将更平滑且更统一。图2的图d显示 出这样的馈送，其中，可看到2x3个半周期，每个从前一个偏移120° ， 且这也意味着充电脉冲II……13在时间上彼此重叠。电池B将由结果得到 的脉冲1=11+12+13充电，如图2的图f所示，其是轻微J^动但^不消失的 电流。
应当注意，充电过程也受到电池B的緩^t变化的端子电压Ub的控制。 除了此自动调节以外，充电过程可通过几种其他的方式控制，这样的可能 性在所引用的关于充电电路的专利申请中详细介绍。在这些可能中，方便 的一种应当提及，即，具有高电容(例如100 jaF以上)的电解电容器的 电容值可通过插入(或移除)与之并联的进一步的电解电容器而被改变。 图1结合最后的电池充电器Chn示出了这种可能，其中，借助与电容器 Cnl并联的半导体开关K，另一电容器Cn2 (以及在需要其他电容器的情 况下)可,皮连接。半导体开关的i殳计可以为例如国际/^开WO 2005/07888 中介绍的，其中，串联电感限制电流的上升BtJL。
个体电池充电器的并联连接不需要任何特定的措施，这不意味着电池 B的緩'漫充电过禾呈不能随着其充电状态进4于和变化而受到控制。相应的电 池充电器的充电特性可独立地变化，但优选为以协调的方式变化。
通过使用本发明，通过使用相对较少数量的具有不同电力额定值的电 池充电器，较大的电池用户可实现实际上无限的充电电力。从电池充电器 制造商的角度来看，这也是优选的方案，因为具有较高电力额定值的电池 充电器可通过较小电池充电器的增加和并联连接来实现。这可导致制造者 必须制造例如为单一电力额定值设计的电池充电器的较大的串联，由此， 从大规模制造的观点看来，电池充电器的单位成本将会较小。
本发明为用户产生了多方面的可变性，由此，电池充电 (具有不同 的电力额定值)的所需数量可被减小，临时需求可得到满足。
权利要求
1.一种用于电池充电器并联运行的电路布置，该电池充电器各自被设计为用于相应的预定充电电力并由交流干线电源馈送，其中，各个所述电池充电器包含直流输出端子的相应的对，用于连接到将被充电的电池，在所述输出端子对之间，脉冲直流电压的重复序列可被测量，其中，所述序列中的脉冲与所述馈送交流中的脉冲对应地发生，所述脉冲直流电压的峰值高于所述将被充电的电池的标称端子电压，其特征在于，各个所述电池充电器(Ch1，Ch2，......Chn)包含与以充电电流流动方向解释的电流路径串联的至少一个具有高电容值的电解电容器(C1，C2，......Cn)、电感(L1，L2，......Ln)、在所述充电电流流动方向断开的至少一个半导体装置(D1，D2，......Dn)，所述电池充电器的所述输出端子彼此并联连接，对于各个所述电池充电器(Ch1，Ch2，......Chn)，相应的充电周期中，所述电解电容器(C1，C2，......Cn)和所述电感(L1，L2，......Ln)上的瞬时电压的矢量和至少对于由将被充电的电池(B)的实际电压限定的充电周期的持续时间达到电池的瞬时端子电压，在所述充电周期中或在其一部分中，所述特定电池充电器中的所述电解电容器(C1，C2，......Cn)的放电电流流入所述将被充电的电池(B)。
2. 根据权利要求1的电路布置，其中，所述电池充电器(Chl， Ch2.......Chn)由多相干线电源的不同相线馈送。
3. 根据权利要求l的电路布置，其中，所述预定充电电力对于所述电池充电器(Chl, Ch2，……Chn)中不同的各个是不同的。
4. 根据权利要求l的电路布置，其中，并联连接的电池充电器(Chl,Ch2.......Chn)的数量被选择为产生所述电池充电器的标称充电电力总和与对电池(B)充电所需充电电力之间的平衡，故而所述总和应当高于所述所需充电电力或至少与^目等。
5. 根据权利要求l的电路布置，其中，在所述交流干线电源的频率在50/60Hz左右的情况下，各个所述电解电容器(C1, C2，……Cn)的电容高于100 HF。
6. 根据权利要求l的电路布置，其中，所述电池充电器(Chn)包含 具有高电容值的至少一个另外的电解电容器(Cn2)以及将所述至少一个 另外的电解电容器(Cn2)与所述电解电容器(Cn)并联连接的受控半导 体开关(K)。
7. 根据权利要求l的电路布置，其中，所述并联电池充电器(Chl， Ch2,……Chn)由以不同频率运行的不同的交流干线电源馈送。
全文摘要
一种用于电池充电器并联运行的电路布置，其中，各个电池充电器(Ch1，Ch2，……Chn)包含与电流路径串联的至少一个电解电容器(C1，C2，……Cn)、电感(L1，L2，……Ln)、在充电电流方向断开的至少一个半导体装置(D1，D2，……Dn)，电池充电器的输出端子彼此并联连接，对于各个电池充电器(Ch1，Ch2，……Chn)，电解电容器(C1，C2，……Cn)和电感(L1，L2，……Ln)上的瞬时电压的和至少对于充电周期的持续时间达到电池的瞬时端子电压，在此充电周期中或在其一部分中，电解电容器(C1，C2，……Cn)的放电电流流入将被充电的电池(B)。
文档编号H02J7/02GK101682206SQ200880013495
公开日2010年3月24日 申请日期2008年4月24日 优先权日2007年4月24日
发明者安德拉斯·法扎卡斯 申请人:安德拉斯·法扎卡斯